CN112724675A - 一种聚苯硫醚复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚苯硫醚复合材料及其制备方法,涉及高分子材料技术领域。本发明提供的复合材料既保持了聚苯硫醚树脂本身良好的耐温、耐候、耐化学试剂性,同时也极大程度上改善了复合材料的柔韧性,从而开拓了聚苯硫醚复合材料新的应用领域。本发明提供的聚苯硫醚复合材料可以替代传统尼龙轧带,高柔韧性的聚苯硫醚复合材料制得的扎带具有更高的强度、耐温性、更优异的耐候和耐化学试剂性能。同时,通过控制原料的组成可以制备得到低密度、高强度、良好的耐温性的聚苯硫醚复合材料,从而用于替代铝合金等材料挤出吹塑出异型管材。

Description

一种聚苯硫醚复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域,具体而言,涉及一种聚苯硫醚复合材料及其制备方法。
背景技术
聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide,简称PPS)是一种综合性能优异的特种工程塑料(六大特种工程塑料:聚苯硫醚(PPS)与聚醚醚酮(PEEK)、聚砜(PSF)、聚酰亚胺(PI)、聚芳酯(PAR)、液晶聚合物(LCP)),聚苯硫醚是二十世纪六十年代由美国雪佛龙菲利普斯石油公司研发的一种新型工程塑料,它具有强度高、耐高温、耐化学试剂性、难燃、电性能优良等优点。通过一定方式的改性后的产品,在电子、汽车、机械、化工和航空航天领域均有广泛应用。
虽然聚苯硫醚产品性能优异,但树脂本身也存在不足,如韧性差(拉伸断裂伸长率在1-6%(拉伸测试标准ISO 527)),材料较脆,在很多重要的应用场合不能适用。例如:传统尼龙扎带存在柔韧性差、耐候性和耐化学试剂性能差等缺陷。
鉴于此,特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚苯硫醚复合材料及其制备方法以解决上述技术问题。
关于聚合物增韧的机理,有研究者早期提出了橡胶增韧机理、银纹-剪切带理论,后期发展了空化机理、逾渗理论等。增韧剂是一种含有活性基团可与基材树脂发生化学反应,形成一定的多相体系,提高产品断裂伸长率和冲击强度,赋予产品具有一定的增韧效果。增韧剂可分为橡胶类增韧剂、热塑性弹性体类增韧剂和其他类型的增韧剂。而不同类型的增韧剂,有着不同的增韧机理。
本发明中选择添加增韧剂从而提升聚苯硫醚复合材料的断裂伸长率和冲击强度,同时起到一定的增韧效果。
本发明是这样实现的:
本发明提供了一种聚苯硫醚复合材料,其包括如下重量份数计的原料:线性聚苯硫醚43.4-91.8份、增强填充材料0-30份、色母粒0-5份、增韧剂8-20份、抗氧剂0.1-0.6份和润滑剂0.1-1.0份。
本发明提供了一种聚苯硫醚复合材料,其包括如下重量份数计的原料:
线性聚苯硫醚74-90份、增强填充材料0-10份、色母粒0-5份、增韧剂8-20份、抗氧剂0.1-0.6份和润滑剂0.1-0.8份;
优选地,聚苯硫醚复合材料包括如下重量份数计的原料:
线性聚苯硫醚74-88份、增强填充材料0-5份、色母粒5份、增韧剂8-20份、抗氧剂0.1-0.6份和润滑剂0.3-0.8份。
在本发明应用较佳的实施方式中,上述增强填充材料为玻纤或矿纤;
优选地,玻纤为短切玻纤,玻纤的长度为3-6mm,直径为4-15μm;
优选地,矿纤长度为0.5-6mm,直径为4-20μm。
在本发明应用较佳的实施方式中,上述增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯多元共聚物。
在本发明应用较佳的实施方式中,上述色母粒由如下重量份数计的原料制得:线性聚苯硫醚78.4-79.8份、色粉10-20份、抗氧剂0.1-0.6份和润滑剂0.1-1.0份。
在本发明应用较佳的实施方式中,上述抗氧剂为抗氧剂168、抗氧剂126、抗氧剂1010和抗氧剂3114中的至少一种。
在本发明应用较佳的实施方式中,上述线性聚苯硫醚是具有高流动性的线性聚苯硫醚。
在本发明应用较佳的实施方式中,上述润滑剂选自脂肪酸酰胺类、烃类、脂肪酸类、酯类、醇类、金属皂类、硅氧烷润滑剂和复合润滑剂类中的至少一种。
在本发明应用较佳的实施方式中,上述酯类选自双季戊四醇硬脂酸酯、甘油三羟硬脂酸酯和硬脂酸正丁酯中的至少一种。
在本发明应用较佳的实施方式中,上述烃类选自微晶石蜡、液体石蜡、固体石蜡、氯化石蜡、氯乙烯蜡、氧化氯乙烯蜡和蒙旦蜡中的至少一种。
在本发明应用较佳的实施方式中,上述硅氧烷润滑剂选自甲基硅油、苯甲基硅油、乙基硅油和硅酮微粉中的至少一种。金属皂类选自硬脂酸金属盐。
在本发明应用较佳的实施方式中,上述润滑剂选自双季戊四醇硬脂酸酯、蒙旦蜡、硬脂酸金属盐和硅酮微粉中的至少一种。
本发明还提供了一种聚苯硫醚复合材料的制备方法,制备方法包括:将色母粒、抗氧剂、润滑剂、线性聚苯硫醚、增强填充材料和增韧剂混合后,置于挤出机中挤出。
在本发明应用较佳的实施方式中,上述制备方法包括先将色母粒、抗氧剂、润滑剂和线性聚苯硫醚混合,通过主喂料加入到双螺杆挤出机中,然后再将增韧剂通过下游侧喂料加入双螺杆挤出机;然后将增强填充材料通过下游侧喂料加入双螺杆挤出机中,依次进行加热、混合、拉条、冷却和切粒工序。
在本发明应用较佳的实施方式中,上述制备方法还包括色母粒的制备,色母粒的制备包括将线性聚苯硫醚、色粉、润滑剂混合后通过挤出机挤出。
本发明具有以下有益效果:
本发明通过添加增韧剂,制备出一种具有高柔韧性、高耐温、耐候和耐化学试剂性的聚苯硫醚复合材料,使得该复合材料既保持了聚苯硫醚树脂本身良好的耐温、耐候、耐化学试剂性,同时也极大程度上改善了复合材料的柔韧性,从而开拓了聚苯硫醚复合材料新的应用领域。
本发明提供的聚苯硫醚复合材料可以替代传统尼龙扎带,高柔韧性的聚苯硫醚复合材料制得的扎带具有更高的强度、耐温性、更优异的耐候和耐化学试剂性能。同时,通过控制原料的组成可以制备得到低密度、高强度、良好的耐温性的聚苯硫醚复合材料,从而用于替代铝合金等材料挤出吹塑出异型管材。
具体实施方式
现将详细地提供本发明实施方式的参考,其一个或多个实例描述于下文。提供每一实例作为解释而非限制本发明。实际上,对本领域技术人员而言,显而易见的是,可以对本发明进行多种修改和变化而不背离本发明的范围或精神。例如,作为一个实施方式的部分而说明或描述的特征可以用于另一实施方式中,来产生更进一步的实施方式。
本发明提供了一种聚苯硫醚复合材料,其包括如下重量份数计的原料:线性聚苯硫醚43.4-91.8份、增强填充材料0-30份、色母粒0-5份、增韧剂8-20份、抗氧剂0.1-0.6份和润滑剂0.1-1.0份。
发明人提供了一种新的制备聚苯硫醚复合材料的配方,使用该配方可以制备获得具有高柔韧性、高耐温、耐候和耐化学试剂性的聚苯硫醚复合材料。
具体的,原料中设置线性聚苯硫醚以降低材料基材刚性。可选的,线性聚苯硫醚为在310℃条件下测量时,熔体粘度为1220poise。剪切速率为1200/s(ISO 11443)。
原料中通过设置增韧剂以改善复合材料的柔韧性。
原料中添加润滑剂和色母粒可明显提高部件表面质量和产品外观。
色母粒的添加量可以设置为0份。与添加色母粒的聚苯硫醚复合材料的性能相比,当色母粒的添加量为0份时聚苯硫醚复合材料的性能基本保持一致。
经过生产验证表明,采用上述配方,既可以制备高柔韧性的聚苯硫醚复合材料以用于生产扎带,也可以通过调整原料中增韧剂含量等方式制备得到低密度、高强度、良好的耐温性的聚苯硫醚复合材料,从而用于生产异型管材。
需要说明的是,发明人首次提出将聚苯硫醚复合材料应用于挤出棒材、管材、扎带等的生产。
本发明提供了一种聚苯硫醚复合材料,其包括如下重量份数计的原料:
线性聚苯硫醚74-90份、增强填充材料0-10份、色母粒0-5份、增韧剂8-20份、抗氧剂0.1-0.6份和润滑剂0.1-0.8份;
优选地,聚苯硫醚复合材料包括如下重量份数计的原料:
线性聚苯硫醚74-88份、增强填充材料0-5份、色母粒5份、增韧剂8-20份、抗氧剂0.1-0.6份和润滑剂0.3-0.8份。
在上述配方下,制得的聚苯硫醚复合材料的脆性大幅降低,冲击强度有了明显的提高,拉伸断裂伸长率有了大幅的增加;随着增韧剂添加比例的增加,复合材料的韧性随之改善,断裂伸长率也同时增大,最高可达45%以上。通过添加一定比例的玻纤和/或矿纤,制备得到的复合材料强度增加,韧性仍然保持较高水平。
进一步地,经过生产验证,上述的聚苯硫醚复合材料耐候性和耐化学试剂性好。
在本发明应用较佳的实施方式中,上述增强填充材料为玻纤和/或矿纤。
在一种实施方式中上述的玻纤和矿纤可以进行复配以提高产品外观,通过复配有利于改善产品的流动性。
本发明中添加玻纤有利于提高产品的强度(玻纤以较少的添加量即可达到较高的产品强度等级);在其他实施方式中,不能以磨碎玻纤替代本申请中的玻纤。原因在于,磨碎玻纤虽然对产品具有一定的增强效果,但其增强效果有限,添加磨碎纤维仅仅是保持产品具有一定强度,同时具有一定流动性和产品外观的均衡方式。
优选地,玻纤为短切玻纤,玻纤的长度为3-6mm,直径为4-15μm。玻纤即为玻璃纤维。
短切玻纤长度可选为3mm,4.5mm或6mm;在其他实施方式中,上述短切玻纤长度也可以是其他的长度。
可选的,不同的厂家生产的规格尺寸不一,由厂家生产漏板孔的尺寸来决定。
优选地,矿纤长度为0.5-6mm,直径为4-20μm。
可选的,增韧规格选用纤维直径较细的规格,这样设置有利于以较小的添加量达到期望的产品强度。
在本发明应用较佳的实施方式中,上述增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯多元共聚物。
聚苯硫醚复合材料选择增韧剂的三个原则包括:(1)增韧剂具有热稳定性,可以耐受PPS加工温度(290-305℃),保持较好的加工性和相容性;(2)增韧剂具有反应活性,与基材有较好的结合,提高均匀分散和后期的增韧效果;(3)增韧剂富含丙烯酸酯(低结晶度),丙烯酸酯使制得的产品具有较高的柔韧性,可以在后续的冲击等过程中吸收能量。现有的其他类型增韧剂效果均无法达到本发明提供的增韧剂的效果。
增韧剂的增韧机理为:乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)共聚物在与聚烯烃,聚酯和聚苯硫醚等混合过程中,GMA组分与聚合物基材中特定基团(如-OH、-COOH、-NH2)具有较高反应活性,很好的分散于树脂基材中,共聚物中丙烯酸甲酯组分具有高柔韧性,可以吸收冲击过程能量,从而大幅度提高复合材料的韧性、冲击强度和断裂伸长率(45%以上)。
在本发明应用较佳的实施方式中,上述色母粒由如下重量份数计的原料制得:线性聚苯硫醚78.4-79.8份、色粉10-20份、抗氧剂0.1-0.6份和润滑剂0.1-1.0份。
上述的色粉可选自炭黑,铸石粉以及其他颜料色粉等。色粉可选自Vulcan XC305(CABOT)、Black Pearls 4750(CABOT)、Ultramarine Blue 5006(HOLLIDAY)或PaliotolYellow K1800(BASF)。
在本发明应用较佳的实施方式中,上述抗氧剂为抗氧剂168、抗氧剂126、抗氧剂1010和抗氧剂3114中的至少一种。在其他实施方式,上述抗氧剂可以根据需要进行自适应选择。
在本发明应用较佳的实施方式中,上述线性聚苯硫醚是具有高流动性的线性聚苯硫醚。
在本发明应用较佳的实施方式中,上述润滑剂选自脂肪酸酰胺类、烃类、脂肪酸类、酯类、醇类、金属皂类、硅氧烷润滑剂和复合润滑剂类中的至少一种。
可选的,上述脂肪酸酰胺类可以是:硬脂酸酰胺、EBS、油酸酰胺、芥酸酰胺等。
在本发明应用较佳的实施方式中,上述酯类选自双季戊四醇硬脂酸酯、甘油三羟硬脂酸酯和硬脂酸正丁酯中的至少一种。
在本发明应用较佳的实施方式中,上述烃类选自微晶石蜡、液体石蜡、固体石蜡、氯化石蜡、氯乙烯蜡、氧化氯乙烯蜡和蒙旦蜡中的至少一种。
在本发明应用较佳的实施方式中,上述硅氧烷润滑剂选自甲基硅油、苯甲基硅油、乙基硅油和硅酮微粉中的至少一种。金属皂类选自硬脂酸金属盐。
在本发明应用较佳的实施方式中,上述润滑剂选自双季戊四醇硬脂酸酯、蒙旦蜡、硬脂酸金属盐和硅酮微粉中的至少一种。
本发明还提供了一种聚苯硫醚复合材料的制备方法,制备方法包括:将色母粒、抗氧剂、润滑剂、线性聚苯硫醚、增强填充材料和增韧剂混合后,置于挤出机中挤出。
在本发明应用较佳的实施方式中,上述制备方法包括先将色母粒、抗氧剂、润滑剂和线性聚苯硫醚混合,通过主喂料加入到双螺杆挤出机中,然后再将增韧剂通过下游侧喂料加入双螺杆挤出机;然后将增强填充材料通过下游侧喂料加入双螺杆挤出机中,依次进行加热、混合、拉条、冷却和切粒工序。
由于增韧剂的粘度较高,抗热剪切高,发明人优化了制备工艺,设置螺杆转速为350rpm。通过优化喂料和加工工艺,使得增韧剂很好的分散在树脂体系中,具有良好的相容性。
在本发明应用较佳的实施方式中,上述制备方法还包括色母粒的制备,色母粒的制备包括将线性聚苯硫醚、色粉、润滑剂混合后通过挤出机挤出。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种聚苯硫醚复合材料的制备方法。其包括如下步骤:
(1)色母粒的制备。
按质量百分数分别称量79.2份的线性聚苯硫醚(高流动)、20份色粉(炭黑VulcanXC305(CABOT))、0.2份抗氧剂IRGANOX1010、0.6份润滑剂(硅酮微粉)。
将上述物料通过混合机混合均匀,通过主喂料口加入到挤出机(螺杆直径Φ=20mm),物料经过加热熔融、分散、拉条、切粒和包装工序待用;挤出机加热温度设定为:一区到十区分别为200℃、260℃、280℃、280℃、290℃、300℃、290℃、290℃、285℃、280℃,螺杆的转速为350rpm,产量为:25千克/小时。
(2)高韧性聚苯硫醚复合材料的制备。
按质量百分数分别称量0.1份抗氧剂IRGANOX 1010、0.3份润滑剂PETS、5份线性聚苯硫醚微粉,经混合机混合均匀后备用。
将上述混合机混合的混合物、5份步骤(1)制备的色母粒和81.6份线性聚苯硫醚粉料,分别通过失重称从主喂料口加入到挤出机中。
将8份增韧剂通过对应失重称从下游侧喂料口加入到挤出机中,增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物。
物料经过挤出机的加热、熔融、分散、拉条、水冷、切粒和包装工序,经检测合格后,制得高柔韧性、高耐温、耐候、耐化学试剂性的聚苯硫醚复合材料;其中挤出机加热温度设定为:一区到十区分别为200℃、260℃、280℃、280℃、290℃、300℃、290℃、290℃、285℃、280℃,螺杆转速为350rpm,产率为50千克/小时。
本实施例中所用线性聚苯硫醚树脂的熔体粘度为1220poise,测试温度为310℃,剪切速率为1200/s(熔体粘度测试选择的是毛细管流变仪,依据ISO 11443标准)。
本实施例中所用的增韧剂为乙烯(丙烯酸甲酯)甲基丙烯酸缩水甘油酯多元共聚物,熔点为65-106℃,熔融指数为6-12g/10min,测试温度为190℃,荷载为2.16kg(熔融指数测试选用熔融指数仪,依据ISO 1133标准)。
实施例2
本实施例提供了一种聚苯硫醚复合材料的制备方法。其包括如下步骤:
(1)色母粒的制备。
按质量百分数分别称量79.2份的线性聚苯硫醚(高流动)、20份色粉(炭黑VulcanXC305(CABOT))、0.2份抗氧剂IRGANOX1010、0.6份润滑剂(硅酮微粉)。
将上述物料通过混合机混合均匀,通过主喂料口加入到挤出机(螺杆直径Φ=20mm),物料经过加热熔融、分散、拉条、切粒和包装工序待用;挤出机加热温度设定为:一区到十区分别为200℃、260℃、280℃、280℃、290℃、300℃、290℃、290℃、285℃、280℃,螺杆的转速为350rpm,产率25千克/小时。
(2)高韧性聚苯硫醚复合材料的制备。
按质量百分数分别称量0.1份抗氧剂IRGANOX 1010、0.3份润滑剂PETS、5份线性聚苯硫醚微粉,经混合机混合均匀后备用。
将上述混合机混合的混合物、5份步骤(1)制备的色母粒和74.6份线性聚苯硫醚粉料,分别通过失重称从主喂料口加入到挤出机中。
将15份增韧剂通过对应失重称从下游侧喂料口加入到挤出机中,增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物。
物料经过挤出机的加热、熔融、分散、拉条、水冷、切粒和包装工序,经检测合格后,制得高柔韧性、高耐温、耐候、耐化学试剂性的聚苯硫醚复合材料;其中挤出机加热温度设定为:一区到十区分别为200℃、260℃、280℃、280℃、290℃、300℃、290℃、290℃、285℃、280℃,螺杆转速为350rpm,产率为50千克/小时。
本实施例中所用线性聚苯硫醚树脂的熔体粘度为1220poise,测试温度为310℃,剪切速率为1200/s(熔体粘度测试选择的是毛细管流变仪,依据ISO 11443标准)。
本实施例中所用的增韧剂为乙烯(丙烯酸甲酯)甲基丙烯酸缩水甘油酯多元共聚物,熔点为65-106℃,熔融指数为6-12g/10min,测试温度为190℃,荷载为2.16kg(熔融指数测试选用熔融指数仪,依据ISO 1133标准)。
实施例3
本实施例提供了一种聚苯硫醚复合材料的制备方法。其包括如下步骤:
(1)色母粒的制备。
按质量百分数分别称量79.2份的线性聚苯硫醚(高流动)、20份色粉(炭黑VulcanXC305(CABOT))、0.2份抗氧剂IRGANOX1010、0.6份润滑剂(硅酮微粉)。
将上述物料通过混合机混合均匀,通过主喂料口加入到挤出机(螺杆直径Φ=20mm),物料经过加热熔融、分散、拉条、切粒和包装工序待用;挤出机加热温度设定为:一区到十区分别为200℃、260℃、280℃、280℃、290℃、300℃、290℃、290℃、285℃、280℃,螺杆的转速为350rpm,产率25千克/小时。
(2)高韧性聚苯硫醚复合材料的制备。
按质量百分数分别称量0.1份抗氧剂IRGANOX 1010、0.3份润滑剂PETS、5份线性聚苯硫醚微粉,经混合机混合均匀后备用。
将上述混合机混合的混合物、5份步骤(1)制备的色母粒和69.6份线性聚苯硫醚粉料,分别通过失重称从主喂料口加入到挤出机中。
将20份增韧剂通过对应失重称从下游侧喂料口加入到挤出机中,增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物。
物料经过挤出机的加热、熔融、分散、拉条、水冷、切粒和包装工序,经检测合格后,制得高柔韧性、高耐温、耐候、耐化学试剂性的聚苯硫醚复合材料;其中挤出机加热温度设定为:一区到十区分别为200℃、260℃、280℃、280℃、290℃、300℃、290℃、290℃、285℃、280℃,螺杆转速为350rpm,产率为50千克/小时。
本实施例中所用线性聚苯硫醚树脂的熔体粘度为1220poise,测试温度为310℃,剪切速率为1200/s(熔体粘度测试选择的是毛细管流变仪,依据ISO 11443标准)。
本实施例中所用的增韧剂为乙烯(丙烯酸甲酯)甲基丙烯酸缩水甘油酯多元共聚物,熔点为65-106℃,熔融指数为6-12g/10min,测试温度为190℃,荷载为2.16kg(熔融指数测试选用熔融指数仪,依据ISO 1133标准)。
实施例4
本实施例提供了一种聚苯硫醚复合材料的制备方法。其包括如下步骤:
(1)色母粒的制备。
按质量百分数分别称量79.2份的线性聚苯硫醚(高流动)、20份色粉(炭黑VulcanXC305(CABOT))、0.2份抗氧剂IRGANOX1010、0.6份润滑剂(硅酮微粉)。
将上述物料通过混合机混合均匀,通过主喂料口加入到挤出机(螺杆直径Φ=20mm),物料经过加热熔融、分散、拉条、切粒和包装工序待用;挤出机加热温度设定为:一区到十区分别为200℃、260℃、280℃、280℃、290℃、300℃、290℃、290℃、285℃、280℃,螺杆的转速为350rpm,产率25千克/小时。
(2)高韧性聚苯硫醚复合材料的制备。
按质量百分数分别称量0.1份抗氧剂IRGANOX 1010、0.3份润滑剂PETS、5份线性聚苯硫醚微粉,经混合机混合均匀后备用。
将上述混合机混合的混合物、5份步骤(1)制备的色母粒和76.6份线性聚苯硫醚粉料,分别通过失重称从主喂料口加入到挤出机中。
将8份增韧剂和5份玻纤分别通过对应失重称从下游侧喂料口加入到挤出机中,增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物。
物料经过挤出机的加热、熔融、分散、拉条、水冷、切粒和包装工序,经检测合格后,制得高柔韧性、高耐温、耐候、耐化学试剂性的聚苯硫醚复合材料;其中挤出机加热温度设定为:一区到十区分别为200℃、260℃、280℃、280℃、290℃、300℃、290℃、290℃、285℃、280℃,螺杆转速为350rpm,产率为50千克/小时。
本实施例中所用线性聚苯硫醚树脂的熔体粘度为1220poise,测试温度为310℃,剪切速率为1200/s(熔体粘度测试选择的是毛细管流变仪,依据ISO 11443标准)。
本实施例中所用的增韧剂为乙烯(丙烯酸甲酯)甲基丙烯酸缩水甘油酯多元共聚物,熔点为65-106℃,熔融指数为6-12g/10min,测试温度为190℃,荷载为2.16kg(熔融指数测试选用熔融指数仪,依据ISO 1133标准)。
本实施例中所用玻纤为长度为3mm,直径为6μm的无碱玻纤。
实施例5
本实施例提供了一种聚苯硫醚复合材料的制备方法。其包括如下步骤:
(1)色母粒的制备。
按质量百分数分别称量79.2份的线性聚苯硫醚(高流动)、20份色粉(炭黑VulcanXC305(CABOT))、0.2份抗氧剂IRGANOX1010、0.6份润滑剂(硅酮微粉)。
将上述物料通过混合机混合均匀,通过主喂料口加入到挤出机(螺杆直径Φ=20mm),物料经过加热熔融、分散、拉条、切粒和包装工序待用;挤出机加热温度设定为:一区到十区分别为200℃、260℃、280℃、280℃、290℃、300℃、290℃、290℃、285℃、280℃,螺杆的转速为350rpm,产率25千克/小时。
(2)高韧性聚苯硫醚复合材料的制备。
按质量百分数分别称量0.1份抗氧剂IRGANOX 1010、0.3份润滑剂PETS、5份线性聚苯硫醚微粉,经混合机混合均匀后备用。
将上述混合机混合的混合物、5份步骤(1)制备的色母粒和76.6份线性聚苯硫醚粉料,分别通过失重称从主喂料口加入到挤出机中。
将8份增韧剂和5份矿纤分别通过对应失重称从下游侧喂料口加入到挤出机中,增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物。
物料经过挤出机的加热、熔融、分散、拉条、水冷、切粒和包装工序,经检测合格后,制得高柔韧性、高耐温、耐候、耐化学试剂性的聚苯硫醚复合材料;其中挤出机加热温度设定为:一区到十区分别为200℃、260℃、280℃、280℃、290℃、300℃、290℃、290℃、285℃、280℃,螺杆转速为350rpm,产率为50千克/小时。
本实施例中所用线性聚苯硫醚树脂的熔体粘度为1220poise,测试温度为310℃,剪切速率为1200/s(ISO 11443)。
本实施例中所用的增韧剂为乙烯(丙烯酸甲酯)甲基丙烯酸缩水甘油酯多元共聚物,熔点为65-106℃,熔融指数为6-12g/10min,测试温度为190℃,荷载为2.16kg(熔融指数测试选用熔融指数仪,依据ISO 1133标准)。
本实施例中所用矿纤为长度为100-400μm,直径为6-10μm的硅灰石矿纤。
实施例6
本实施例提供了一种聚苯硫醚复合材料的制备方法。其包括如下步骤:
(1)色母粒的制备。
按质量百分数分别称量79.2份的线性聚苯硫醚(高流动)、20份色粉(炭黑VulcanXC305(CABOT))、0.2份抗氧剂IRGANOX1010、0.6份润滑剂(硅酮微粉)。
将上述物料通过混合机混合均匀,通过主喂料口加入到挤出机(螺杆直径Φ=20mm),物料经过加热熔融、分散、拉条、切粒和包装工序待用;挤出机加热温度设定为:一区到十区分别为200℃、260℃、280℃、280℃、290℃、300℃、290℃、290℃、285℃、280℃,螺杆的转速为350rpm,产率25千克/小时。
(2)高韧性聚苯硫醚复合材料的制备。
按质量百分数分别称量0.1份抗氧剂IRGANOX 1010、0.3份润滑剂PETS、5份线性聚苯硫醚微粉,经混合机混合均匀后备用。
将上述混合机混合的混合物、5份步骤(1)制备的色母粒和74.6份线性聚苯硫醚粉料,分别通过失重称从主喂料口加入到挤出机中。
将15份增韧剂和5份玻纤分别通过对应失重称从下游侧喂料口加入到挤出机中,增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物。
物料经过挤出机的加热、熔融、分散、拉条、水冷、切粒和包装工序,经检测合格后,制得高柔韧性、高耐温、耐候、耐化学试剂性的聚苯硫醚复合材料;其中挤出机加热温度设定为:一区到十区分别为200℃、260℃、280℃、280℃、290℃、300℃、290℃、290℃、285℃、280℃,螺杆转速为350rpm,产率为50千克/小时。
本实施例中所用线性聚苯硫醚树脂的熔体粘度为1220poise,测试温度为310℃,剪切速率为1200/s(熔体粘度测试选择的是毛细管流变仪,依据ISO 11443标准)。
本实施例中所用的增韧剂为乙烯(丙烯酸甲酯)甲基丙烯酸缩水甘油酯多元共聚物,熔点为65-106℃,熔融指数为6-12g/10min,测试温度为190℃,荷载为2.16kg(熔融指数测试选用熔融指数仪,依据ISO 1133标准)。
本实施例中所用玻纤为长度为3mm,直径为6μm的无碱玻纤。
实施例7
本实施例提供了一种聚苯硫醚复合材料的制备方法。其包括如下步骤:
(1)色母粒的制备。
按质量百分数分别称量79.2份的线性聚苯硫醚(高流动)、20份色粉(炭黑VulcanXC305(CABOT))、0.2份抗氧剂IRGANOX1010、0.6份润滑剂(硅酮微粉)。
将上述物料通过混合机混合均匀,通过主喂料口加入到挤出机(螺杆直径Φ=20mm),物料经过加热熔融、分散、拉条、切粒和包装工序待用;挤出机加热温度设定为:一区到十区分别为200℃、260℃、280℃、280℃、290℃、300℃、290℃、290℃、285℃、280℃,螺杆的转速为350rpm,产率25千克/小时。
(2)高韧性聚苯硫醚复合材料的制备。
按质量百分数分别称量0.1份抗氧剂IRGANOX 1010、0.3份润滑剂PETS、5份线性聚苯硫醚微粉,经混合机混合均匀后备用。
将上述混合机混合的混合物、5份步骤(1)制备的色母粒和74.6份线性聚苯硫醚粉料,分别通过失重称从主喂料口加入到挤出机中。
将15份增韧剂和5份矿纤分别通过对应失重称从下游侧喂料口加入到挤出机中,增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物。
物料经过挤出机的加热、熔融、分散、拉条、水冷、切粒和包装工序,经检测合格后,制得高柔韧性、高耐温、耐候、耐化学试剂性的聚苯硫醚复合材料;其中挤出机加热温度设定为:一区到十区分别为200℃、260℃、280℃、280℃、290℃、300℃、290℃、290℃、285℃、280℃,螺杆转速为350rpm,产率为50千克/小时。
本实施例中所用线性聚苯硫醚树脂的熔体粘度为1220poise,测试温度为310℃,剪切速率为1200/s(熔体粘度测试选择的是毛细管流变仪,依据ISO 11443标准)。
本实施例中所用的增韧剂为乙烯(丙烯酸甲酯)甲基丙烯酸缩水甘油酯多元共聚物,熔点为65-106℃,熔融指数为6-12g/10min,测试温度为190℃,荷载为2.16kg(熔融指数测试选用熔融指数仪,依据ISO 1133标准)。
本实施例中所用矿纤为长度为100-400μm,直径为6-10μm的硅灰石矿纤。
实施例8
本实施例提供了一种聚苯硫醚复合材料的制备方法。其包括如下步骤:
(1)色母粒的制备。
按质量百分数分别称量79.2份的线性聚苯硫醚(高流动)、20份色粉(炭黑VulcanXC305(CABOT))、0.2份抗氧剂IRGANOX1010、0.6份润滑剂(硅酮微粉)。
将上述物料通过混合机混合均匀,通过主喂料口加入到挤出机(螺杆直径Φ=20mm),物料经过加热熔融、分散、拉条、切粒和包装工序待用;挤出机加热温度设定为:一区到十区分别为200℃、260℃、280℃、280℃、290℃、300℃、290℃、290℃、285℃、280℃,螺杆的转速为350rpm,产率25kg/hr。
(2)高韧性聚苯硫醚复合材料的制备。
按质量百分数分别称量0.1份抗氧剂IRGANOX 1010、0.3份润滑剂PETS、5份线性聚苯硫醚微粉,经混合机混合均匀后备用。
将上述混合机混合的混合物、5份步骤(1)制备的色母粒和74.6份线性聚苯硫醚粉料,分别通过失重称从主喂料口加入到挤出机中。
将15份增韧剂和5份玻纤和矿纤(质量比为1:1)分别通过对应失重称从下游侧喂料口加入到挤出机中,增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物。
物料经过挤出机的加热、熔融、分散、拉条、水冷、切粒和包装工序,经检测合格后,制得高柔韧性、高耐温、耐候、耐化学试剂性的聚苯硫醚复合材料;其中挤出机加热温度设定为:一区到十区分别为200℃、260℃、280℃、280℃、290℃、300℃、290℃、290℃、285℃、280℃,螺杆转速为350rpm,产率为50kg/hr。
本实施例中所用线性聚苯硫醚树脂的熔体粘度为1220poise,测试温度为310℃,剪切速率为1200/s(ISO 11443)。
本实施例中所用的增韧剂为乙烯(丙烯酸甲酯)甲基丙烯酸缩水甘油酯多元共聚物,熔点为65-106℃,熔融指数为6-12g/10min,测试温度为190℃,荷载为2.16kg(熔融指数测试选用熔融指数仪,依据ISO 1133标准)。
本实施例中所用玻纤为长度为3mm,直径为6μm的无碱玻纤;矿纤为长度为100-400μm,直径为6-10μm的硅灰石矿纤。
对比例1
本对比例与实施例1相比区别仅在于原料中PPS树脂的添加量为94.6%,且不含增韧剂。其余原料和制备工艺相同。
对比例2
本对比例与实施例1相比区别仅在于原料中PPS树脂的添加量为90%,且增韧剂的含量为2%。其余原料和制备工艺相同。
对比例3
本对比例与实施例1相比区别仅在于原料中PPS树脂的添加量为90%,且增韧剂的含量为7%。其余原料和制备工艺相同。
表1中示出了实施例1-8以及对比例1-3制备的聚苯硫醚复合材料的配方。
表1实施例1-8制备的聚苯硫醚复合材料配方汇总。
Figure BDA0002870857300000201
实验例1
将实施例1-8以及对比例1-3制备的聚苯硫醚复合材料进行性能测试。测试方法参照的国标或行标如下:
密度:ISO 1183;
熔体粘度:ISO 11443;
力学性能:ISO 527;ISO 178;ISO 179;
热力学性能:ISO 75。
测试结果参照表2所示。
表2实施例1-8制备的聚苯硫醚复合材料测试结果。
Figure BDA0002870857300000211
内部测试-老化*:复合材料注塑哑铃型样条(ISO 527A型),样条在老化烘箱150度下分别老化1000,2000,3000小时后测试断裂伸长率(ISO 527)。
内部测试-老化**:复合材料注塑哑铃型样条(ISO 527A型),样条浸入冷冻液中,加热温度135℃,浸泡1000小时后,测试断裂伸长率(ISO 527),对比老化前后断裂伸长率保持率:断裂伸长保持率=老化后断裂伸长率/老化前断裂伸长率×100%。
通过表1和表2对比测试结果表明,较传统的聚苯硫醚产品(对比例1-3所示的产品),通过添加高耐温性的增韧剂后,制备得到的聚苯硫醚复合材料的脆性大幅降低,冲击强度提高,拉伸断裂伸长率大幅增加;随着增韧剂添加比例增加,复合材料的韧性随之改善,断裂伸长率也同时增大,最高可达45%以上(参照实施例1-3)。当添加低含量的增韧剂时,聚苯硫醚产品的韧性改善较小(对比例2-3)。只有当增韧剂含量达到一定量后,制得的聚苯硫醚产品才具有新的性能。上述测试结果表面,采用本实施例提供的原料及制备方法制得的聚苯硫醚产品韧性达到新的层级,从而开拓了聚苯硫醚产品新的应用领域。
而通过添加一定比例的玻纤和/或矿纤,制备得到的复合材料强度增加,韧性仍然保持高水准(参照实施例4-8)。
同时,复合材料耐候性和耐化学试剂性具有很好的保持。在环境箱中150℃下分别老化1000、2000、3000小时后,拉伸断裂伸长率先升高后降低,但复合材料整体韧性良好。
评估了复合材料加工ISO哑铃型样条在冷冻液中135℃放置1000小时后,测试表明拉伸强度和断裂伸长率没有衰减。
综上所述,本发明通过优化配方和挤出生产工艺,添加不同比例的增韧剂和增强材料明显改善聚苯硫醚的韧性,同时保持复合材料其他性能(耐温、耐化、长期耐候性)不变,开拓了聚苯硫醚产品新的应用领域,包括挤出棒材、管材、扎带等应用,来替代金属、尼龙和其他工程塑料。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种聚苯硫醚复合材料,其特征在于,其包括如下重量份数计的原料:线性聚苯硫醚43.4-91.8份、增强填充材料0-30份、色母粒0-5份、增韧剂8-20份、抗氧剂0.1-0.6份和润滑剂0.1-1.0份。
2.根据权利要求1所述的聚苯硫醚复合材料,其特征在于,其包括如下重量份数计的原料:
线性聚苯硫醚74-90份、增强填充材料0-10份、色母粒0-5份、增韧剂8-20份、抗氧剂0.1-0.6份和润滑剂0.1-0.8份;
优选地,所述聚苯硫醚复合材料包括如下重量份数计的原料:
线性聚苯硫醚74-88份、增强填充材料0-5份、色母粒5份、增韧剂8-20份、抗氧剂0.1-0.6份和润滑剂0.3-0.8份。
3.根据权利要求1或2所述的聚苯硫醚复合材料,其特征在于,所述增强填充材料为玻纤和/或矿纤;
优选地,所述玻纤为短切玻纤,所述玻纤的长度为3-6mm,直径为4-15μm;
优选地,所述矿纤长度为0.5-6mm,直径为4-20μm。
4.根据权利要求1或2所述的聚苯硫醚复合材料,其特征在于,所述增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯多元共聚物。
5.根据权利要求1或2所述的聚苯硫醚复合材料,其特征在于,所述色母粒由如下重量份数计的原料制得:线性聚苯硫醚78.4-79.8份、色粉10-20份、抗氧剂0.1-0.6份和润滑剂0.1-1.0份。
6.根据权利要求1所述的聚苯硫醚复合材料,其特征在于,所述抗氧剂为抗氧剂168、抗氧剂126、抗氧剂1010和抗氧剂3114中的至少一种;
优选地,所述线性聚苯硫醚是具有流动性的线性聚苯硫醚。
7.根据权利要求1所述的聚苯硫醚复合材料,其特征在于,所述润滑剂选自脂肪酸酰胺类、烃类、脂肪酸类、酯类、醇类、金属皂类、硅氧烷润滑剂和复合润滑剂类中的至少一种;
优选地,所述酯类选自双季戊四醇硬脂酸酯、甘油三羟硬脂酸酯和硬脂酸正丁酯中的至少一种;
优选地,所述烃类选自微晶石蜡、液体石蜡、固体石蜡、氯化石蜡、氯乙烯蜡、氧化氯乙烯蜡和蒙旦蜡中的至少一种;
优选地,所述硅氧烷润滑剂选自甲基硅油、苯甲基硅油、乙基硅油和硅酮微粉中的至少一种;
所述金属皂类选自硬脂酸金属盐;
优选地,所述润滑剂选自双季戊四醇硬脂酸酯、蒙旦蜡、硬脂酸金属盐和硅酮微粉中的至少一种。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的聚苯硫醚复合材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括:将色母粒、抗氧剂、润滑剂、线性聚苯硫醚、增强填充材料和增韧剂混合后,置于挤出机中挤出。
9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括先将色母粒、抗氧剂、润滑剂和线性聚苯硫醚混合,通过主喂料加入到双螺杆挤出机中,然后再将增韧剂通过下游侧喂料加入双螺杆挤出机;然后将增强填充材料通过下游侧喂料加入双螺杆挤出机中,依次进行加热、混合、拉条、冷却和切粒工序;
优选地,所述双螺杆挤出机的螺杆转速为340-350rpm。
10.根据权利要求8或9所述的制备方法,其特征在于,所述制备方法还包括色母粒的制备,所述色母粒的制备包括将线性聚苯硫醚、色粉、抗氧剂和润滑剂混合后通过挤出机挤出。
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